耐碱玻璃纤维喷射混凝土性能试验及在隧道锚喷支护中应用研究

摘要

喷射混凝土技术已经广泛应用于矿山、地下及隧道锚喷支护工程之中，但面对日趋复杂围岩条件以及工程地质概况，锚喷支护形式的应用受到极大地限制，通过调查大量工程案例、查阅众多相关文献，对隧道锚喷加固机理进行深入分析表明：普通混凝土喷层支护结构刚度、极限变形量无法充分地匹配隧道围岩变形量，因支护结构刚度较大，导致围岩无法充分让压卸压，围岩对支护结构的挤压力较大，最终导致锚喷支护结构破坏，直至影响隧道围岩的稳定性。
　　本文以研究耐碱玻璃纤维基本特性以及分析纤维混凝土的增强机理为基础，开展了耐碱玻璃纤维喷射混凝土的原材料选定、试件制备、配比方案设计等方面工作，确定出较优的配合比设计方案；利用所得配比进行了不同种类、不同长度、不同掺量、不同掺入方式的耐碱玻璃纤维基本力学性能试验、抗渗试验、回弹率试验，总结出纤维类别、掺量、掺入方式的改变能够使抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、粘结强度以及抗渗性能受到不同程度的影响，通过综合各试验结果进行分析，从而确定出纤维最佳掺量类别；基于耐碱玻璃纤维喷层支护理论分析的前提下，将最佳掺量类别的耐碱玻璃纤维喷层应用于中铁十四局第二工程公司承建的金瓶岩隧道锚喷支护工程中，对现场试验段的两种喷层支护作用下的围岩压力、喷层衬砌应力、隧道收敛量进行了现场监测，通过分析监测结果表明：与普通混凝土喷层相比，耐碱玻璃纤维混凝土喷层与围岩之间具有更大的粘结强度，提高了一次喷射厚度，抗变形能力大，让压卸压效果明显，围岩应力分布均匀，围岩对喷层支护结构的压力较小，应力集中现象不易出现；并借助 FLAC3D数值模拟软件对两种不同喷层支护效果进行了模拟计算分析，通过分析模拟计算结果表明：与普通混凝土喷层相比，耐碱玻璃纤维混凝土喷层具备更强的抗变形能力，围岩应力分布均匀，利于释放围岩压力，能够极大地提高锚喷支护体系的力学性能，同时这也与现场监测结果一致。
　　本文对改进锚喷支护结构、耐碱玻璃纤维喷层支护理论技术研究的推动以及工程领域中的应用推广具有重要的意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容与方法

1.4 技术路线

2 耐碱玻璃纤维喷射混凝土增强机理研究

2.1 耐碱玻璃纤维的基本特性

2.2 耐碱玻璃纤维喷射混凝土增强机理研究

3 耐碱玻璃纤维喷射混凝土力学性能试验研究

3.1 依托工程背景

3.2 耐碱玻璃纤维喷层配比方案研究

3.3 耐碱玻璃纤维喷射混凝土基本力学性能试验研究

3.4 耐碱玻璃纤维喷射混凝土抗渗性能试验

3.5 耐碱玻璃纤维喷射混凝土回弹率试验

3.6 本章小结

4 隧道混凝土喷层支护理论研究

4.1 引言

4.2 混凝土喷层支护特性分析

4.3 混凝土喷层力学模型与内力分析

4.4 本章小结

5 耐碱玻璃纤维喷层支护受力特征现场监测研究

5.1 现场试验段概况

5.2 现场施工工艺

5.3 现场监测主要内容及方法

5.4 现场监测数据与分析

5.5 本章小结

6 耐碱玻璃纤维喷层数值模拟研究

6.1 FLAC3D概述

6.2 FLAC3D基本原理

6.3 计算工况及模型

6.4 耐碱玻璃纤维喷层数值模拟结果分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

学位论文数据集